基于ARM的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

各種設(shè)備由于功能不同，驅(qū)動程序提供的函數(shù)接口也不相同，但Linux為能夠統(tǒng)一管理，規(guī)定了Linux下設(shè)備驅(qū)動程序必須使用統(tǒng)一的接口函數(shù)file_operations。根據(jù)功能填充對應(yīng)的file_operations中的接口函數(shù)。為便于開機啟動，統(tǒng)一地將驅(qū)動程序靜態(tài)編譯到內(nèi)核。

另外，涉及設(shè)備節(jié)點的創(chuàng)建，選擇了udev機制來自動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點，具體步驟如下：

1)在一開始定義一個類class，再在類下面定義一個設(shè)備class_dev;2)xx_init()函數(shù)中，使用class_creat()和device_creat()創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點;3)xx_exit()函數(shù)中，使用class_destory()卸載設(shè)備節(jié)點。其中，設(shè)備號的選擇，通過查詢內(nèi)核中Documents/device.txt選用空閑的設(shè)備號，當然也可以用major=register_chrdev(0,name,file_operation)自動生成。

3.2 串口通信程序設(shè)計

系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)家居環(huán)境參數(shù)的采集、上傳和監(jiān)控頁面控制命令的下發(fā)，所以數(shù)據(jù)傳輸是整個應(yīng)用程序的關(guān)鍵部分，即S5PC100與GPRS模塊的串口通信程序的設(shè)計。

在定義與串口相關(guān)寄存器地址的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)體構(gòu)造新的串口數(shù)據(jù)類型，結(jié)構(gòu)體成員為函數(shù)指針，它們指向編寫的具體實現(xiàn)函數(shù)，而函數(shù)體中的數(shù)據(jù)直接操作串口寄存器，實現(xiàn)了串口驅(qū)動程序，實際上就是上面驅(qū)動程序思想，填充對應(yīng)的file_operations中的接口函數(shù)，實現(xiàn)我們自己的驅(qū)動程序。以下是實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)類型的主要源代碼：

串口采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，提高了串口數(shù)據(jù)處理的實時性和整個CPU的工作效率。具體來說，S5PC100的串口1收到輸入模塊發(fā)送的家居環(huán)境參數(shù)，進行邏輯判斷，結(jié)合輸出模塊處理后，傳輸?shù)奖O(jiān)控頁面，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳;S5PC100的串口1收到監(jiān)控頁面發(fā)送的指令后，調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)，把指令同步到各個模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的下發(fā)。

3.3 Web服務(wù)器的搭建

為方便用戶通過internet或GPRS網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，遠程監(jiān)控家里情況，提供遠程Web服務(wù)。本模塊主要包括2個部分：

1)BOA服務(wù)器模塊設(shè)計：在嵌入式系統(tǒng)中移植BOA服務(wù)器，提供Web服務(wù);

2)cgi模塊詳細設(shè)計：根據(jù)監(jiān)控頁面上的不同按鈕，發(fā)送不同信息給S5PC100，S5PC100調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)，執(zhí)行網(wǎng)頁按鈕相應(yīng)功能。

3.4 應(yīng)用程序整體設(shè)計

在搭建好系統(tǒng)環(huán)境，成功移植硬件驅(qū)動后，在Ubuntul2.04上Linux2.6內(nèi)核環(huán)境下進行程序的開發(fā)調(diào)試。系統(tǒng)中主要的進程，包括3個線程等待控制命令，在代碼中采用輪詢的形式來對線程狀況進行檢測，發(fā)生問題的時候進行相應(yīng)得處理，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)訪問本系統(tǒng)并遠程進行控制操作。調(diào)用了兩個線程分別操作thief處理線程和fire處理線程。thief線程和fire線程分別調(diào)用GPRS模塊和攝像頭模塊進行短消息的發(fā)送和圖像的采集及保存。同時調(diào)用FS_S5PC100開發(fā)板自帶的，蜂鳴器模塊和LED模塊實現(xiàn)報警，另外利用流水燈模擬滅火的操作。具體框架如圖3所示。

輸入模塊和輸出模塊也是分別創(chuàng)建線程處理不同的任務(wù)，模塊之間通信選用了消息隊列，對于共享資源采用了互斥鎖和條件變量，保證資源的共享和原子操作。

4 測試結(jié)果

整個系統(tǒng)在實驗室環(huán)境下進行了測試，利用S5PC100開發(fā)板上自帶的按鍵key1模擬外人闖入，按鍵key2模擬主人進入，溫度的采集使用了LM75溫度傳感器采集，同時為便于調(diào)試我們同時也利用ADC來模擬溫度變化。整個監(jiān)控界面效果圖如圖4所示。

通過點擊頁面上的用戶設(shè)置按鈕，可以設(shè)置用戶名、密碼的修改及新用戶的增加;手機短信號碼的修改及新手機號碼的增加;短信中心號碼更改;報警溫度設(shè)置，這些參數(shù)設(shè)置好后都保存在數(shù)據(jù)庫中。點擊用戶基本信息按鈕，可以查看用戶信息，及報警功能的開關(guān)狀態(tài)等。點擊歷史照片查看，會跳轉(zhuǎn)到，頁面首先顯示第一張照片，可以在查看照片的頁面上點擊上一張、下一張、返回主頁面按鈕。點擊歷史照片下載按鈕，歷史照片會以_tar.gz格式打包。點擊連拍按鈕，攝像頭會自動連續(xù)拍照5張并存儲。另外，在開發(fā)板上配置并開啟crontab定時服務(wù)，實現(xiàn)歷史照片的定時刪除功能。

在測試報警功能時，先要點擊主頁面開報警功能按鈕，當按下S5PC100開發(fā)板上的key1鍵，蜂鳴器響，指定手機收到報警短信，抓拍的照片可以通過點擊頁面歷史照片查看按鈕查看。通過點擊主頁面關(guān)閉當前報警按鈕，關(guān)閉蜂鳴器。當調(diào)節(jié)電壓協(xié)調(diào)器使模擬的溫度過高時，蜂鳴器響，指定手機收到報警短信，流水燈不斷閃爍模擬滅火。點擊報警日志查看報警記錄，效果如圖5所示。

5 結(jié)論

以上提出的基于ARM的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，有機結(jié)合了ARM高效的處理技術(shù)、GPRS可靠的遠程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、動態(tài)網(wǎng)頁設(shè)計等技術(shù)，不僅實現(xiàn)了安防方面的迅速報警、記錄證據(jù)和遠程監(jiān)控等功能，而且誤報率低、成本低。實驗證明，該系統(tǒng)運行可靠，達到了遠程監(jiān)控的要求。另外，本系統(tǒng)還需繼續(xù)改進，比如，將開發(fā)板上時間調(diào)整到標準時間;增加利用tftp實現(xiàn)遠程更新應(yīng)用程序等功能。